地鐵區間分離式隧道狹窄空間內整體道床澆筑逆作法施工技術

馬瑞華

摘要：通過對地鐵單洞單線隧道整體道床普遍采用的軌排推進法施工工藝的研究，提出了在隧道底板上鋪設正式軌排，作為軌道平板車運輸的臨時軌道，由遠及近澆筑道床混凝土的新方法，即逆作法；并研發了軌行式混凝土泵管托架、軌行式三點布料漏斗、臨時砂枕等實用工裝，有效地解決了狹小空間物流組織困難、易損傷未達齡期道床、施工工效低、作業環境差、產生垃圾多等以往軌排推進法施工中存在的不足，在單線單洞隧道整體道床施工領域具有一定的推廣價值，亦可用于高速鐵路、輕軌等物流組織困難地段的施工。

Abstract： Through the study of the construction technology of the track pushing method commonly used in the monolithic track bed of the single hole single track tunnel of the subway， this paper puts forward a new method for the construction of a temporary track for the transportation of a track plate vehicle， which is a new method of building the concrete of the track bed from far and near， that is， the reversed construction method. The practical tooling of rail type concrete pump tube bracket， rail line type three point cloth funnel and temporary sand pillow has been developed， which effectively solved the shortcomings in the construction of narrow space logistics organization， easily damaged unage bed， low construction efficiency， poor working environment and more garbage. It has certain popularization value in the construction of monolithic track bed for single track and single tunnel，it can also be used for the construction of the difficult parts of the logistics organization of high-speed railway and light rail.

關鍵詞：單洞單線；整體道床；永臨結合軌道；砂枕；泵管托架；逆作法

Key words： the single hole single track；monolithic track bed；permanent and impending track；sand pillow；pump tube bracket；reversed construction method

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0134-03

0 引言

隨著我國經濟的不斷發展和城市化水平的進一步推進，城市面臨著越來越大的交通壓力，交通擁堵日益嚴重，因城市軌道交通（地鐵）自身具有的快捷性和便利性，使得地鐵成為最現代化和最舒適環保的出行方式之一。

整體道床具有軌道平順性好、整體穩定性高、剛度均勻性好、結構耐久性強、使用壽命長和養護維修工作量少等優點，已經成為國內外城市軌道交通的軌道結構主要形式。

目前，地鐵隧道內整體無砟道床的施工方法普遍采用的技術為軌排法推進式施工[1]。由于城市地鐵隧道內的施工作業空間狹小，大型機械設備無法運作，施工物流組織困難。多年來，普遍采用人工配合小型機械施工方式，導致了人工用量大、作業工效低、施工精度低、作業成本高、作業環境差等突出問題。隨著我國建設規模擴大和建設速度加快，工期矛盾日益突出，在保證工程質量的前提下如何提高作業工效、改善作業環境、提高機械化作業程度是擺在工程技術人員面前的一道迫切需要解決的問題。

本文依托石家莊地鐵、合肥地鐵軌道工程項目，針對上述問題，利用技術改進優化和工裝設備研發等手段，提高城市地鐵狹小空間內軌道整體道床施工的綜合技術水平，對推動城市地鐵軌道施工技術進步具有重要的現實意義。

1 目前施工現狀及存在的問題

分離式地鐵隧道空間狹小，施工物流組織十分困難，軌道整體道床施工大都采用軌排法推進式施工，即自車站內開始由近及遠逐段向前推進施工，完成一段向前推進一段，直至進入下一個車站內。具體為：在鋪軌基地用扣件將標準軌與軌枕組成軌排（標準軌排長25m），用龍門吊通過車站內預留的軌排下料口吊運至軌道平板車上，然后用軌道平板車（行走在澆筑完成的整體道床上）將軌排運到前方鋪設點[3]，再用小型鋪軌機組（兩臺聯動的小型龍門吊）輔助軌排調運和就位，綁扎結構鋼筋，用鋼軌支承架將軌排架起，利用精密測量手段配合調節裝置進行軌排空間位置調整，安裝模板后用小型龍門+料斗吊運（或長距離泵送）混凝土工藝澆筑整體道床混凝土，而后焊接軌縫形成無縫線路。軌排推進法施工存在的問題如下：

1.1 物流組織困難、工效低

地鐵地下線路大部分采用單洞單線形式，隧道的作業空間狹小，無法開辟獨立的平行物流通道，限制了一些施工設備的使用。《地下鐵道工程施工及驗收規范》（GB50299-1999（2003））規定：“混凝土未達到設計強度的70%時，道床上不得行駛車輛和承重[2]”； 根據以往經驗混凝土強度達到設計強度的70%，至少需養護7d，在未達到強度的整體道床區段、待澆筑區域、前方施工準備段落只能采用小型龍門吊進行縱向物流[4]，采用小型龍門吊運輸距離為日澆筑道床的7～10倍（按日進度50～80m），軌排、混凝土、模板、支承架等周轉材料只能通過軌道平板車運送至施工作業點外400～800m處，再由小型龍門吊轉運至作業面，小型龍門吊的走行速度僅為20m/min，往返一趟需耗時40～80min，施工物料及周轉性材料的運量需求卻很大，從而造成物流組織困難、施工工效低。

1.2 施工進度慢、成本高

鑒于以上提到的物流組織困難，且交叉作業多，容易形成施工工序的交叉重疊和相互制約，從而影響施工進度，施工進度約為每天單線50～80m。造成施工進度慢、成本高。

1.3 成品保護差、易損傷

目前施工方法最大的缺陷是，物流車輛必須行走在澆筑完的道床軌道上，《地下鐵道工程施工及驗收規范》（GB50299-1999（2003））規定：“混凝土未達到設計強度的70%時，道床上不得行駛車輛和承重”，為此，必須等待新澆筑道床混凝土強度滿足方可進行軌排運輸，因此每次運送物料重量需加以嚴格限制，嚴重影響施工進度；當工期緊迫時，往往在道床混凝土強度尚未達到要求提前承受荷載，存在著道床混凝土開裂的隱患，從而影響整體道床的耐久性和使用壽命，導致整體道床質量風險大。

1.4 作業環境差，垃圾多

為減少混凝土運輸對龍門吊的依賴，通常采用長距離泵送混凝土工藝進行道床澆筑，泵管長達數百米，澆筑前潤滑泵管、完成后清洗泵管、過程中清理堵管等造成現場污染嚴重[5]，加之施工場地空間狹小，廢棄物清理十分不便，甚至造成廢棄混凝土（砂漿）的硬化，增大了清理用工量和施工成本。

2 狹窄空間內整體道床澆筑逆作法施工關鍵技術研究

為了提高施工效率、杜絕道床混凝土因過早承重引起的開裂隱患、節能降耗、改善作業環境，開發了一種推進式鋪設軌排、倒退式澆筑道床混凝土的“地鐵整體道床逆作施工法”，與原有推進法的最大區別是：由近（軌排組裝所在車站下料口）及遠鋪設軌排直至下一車站，再由遠及近澆筑道床混凝土，利用新鋪設軌道最大限度地為施工物流服務，同時避免澆筑后道床過早承受荷載作用。

2.1 工藝流程

地鐵整體道床逆作法工藝流程見圖1。

2.2 關鍵技術

①在鋪軌基地完成組裝軌排，并經車站預留的軌排下料口吊裝在軌道運輸車上；

②軌道運輸車將軌排推送至鋪軌作業面，因走行在“荒道”上，可適當加大一次運輸量，從而提高了物流組織效率；

③利用鋪軌機組（兩臺聯動的小型龍門吊）輔助鋪設軌排就位，形成縱向臨時物流通道；鋪設荒道時，在軌枕對應鋼軌位置下方按照一定間距鋪墊砂枕，利用“砂枕”的柔性，可有效防止軌枕與下部結構接觸點應力集中造成軌枕壓潰或下部結構表面不平整造成軌枕中部表面受拉開裂等損傷（見圖2），同時可通過調整砂枕內的砂量或扎口位置調整臨時軌道的高程，使臨時軌道平順，滿足軌道平板車通行的條件；采用標準夾板和“U”形卡將25m無孔鋼軌連接器縱聯牢固（見圖3），保證線路基本平順，保證運輸車輛通行安全；

④重復以上步驟，直至鋪設軌排至下一車站內；

⑤由遠及近逐段起道（抽出砂枕），綁扎軌道結構鋼筋，安裝預埋件進行軌道初調作業；

⑥安裝模板和橫向伸縮縫瀝青木板，進行軌排精調作業；

⑦利用運輸平板車運送混凝土至澆筑作業點附近；軌行式混凝土泵安設在平板運輸車前端，布設泵管至澆筑布料點，在軌道上設置若干軌行式甭管托架支撐泵管，借助鋪軌機組將置于平板運輸車后端的混凝土料斗吊裝至混凝土泵上方喂料（或采用皮帶機喂料）；利用平板運輸車在軌道上的移動功能改變泵管布料位置。見圖4。

2.3 工藝優點

采用“軌道運送+泵送抵近+精確入模混凝土澆筑”的整體道床澆筑逆作法施工工藝，同傳統的推進法施工工藝相比，具有以下優點：

①借助“荒道”將混凝土運送至澆筑作業面前方，實現混凝土抵近澆筑；利用皮帶輸送機直接為混凝土輸送泵供料；利用混凝土泵可將混凝土短距離泵送至澆筑點直接入模。與原長距離泵送工藝相比縮短泵送距離，一方面保證了混凝土的性能，另一方面減少了堵管現象的發生幾率；與原龍門吊+料斗工藝相比不需龍門吊配合，節省龍門吊提吊料斗和走行時間，提高了機械化作業程度和工效。

②采用自主研發的軌行式混凝土泵管托架，并與軌道平板運輸車連掛成整體，可利用機車隨時移動，避免了現場拆除泵管、澆筑對位、人工勻料的麻煩；由于泵管較短，也不容易造成泵管堵塞；節省了大量時間，提高工效顯著。“地鐵隧道內整體道床現澆施工用軌行式混凝土泵管托架”已獲得國家知識產權局實用新型專利（證書號：ZL 2017 2 1182463.X）。

③采用自主研發的“三點式布料漏斗”，并與作業車連掛成一體隨時移動，依靠自身遙控電動推桿的伸縮功能，可實現下料的精確入模，避免了軌枕、鋼軌及扣件被混凝土污染，節省了清理工作量。“地鐵隧道內整體道床現澆用軌行式三點布料漏斗”已獲得國家知識產權局實用新型專利（證書號：ZL 2017 2 1181315.6）。

④將小型牽引機車、平板車、混凝土泵、泵管托架、布料漏斗連掛后，整體作業車移動方便，在車站內集中進行泵管的砂漿濕潤、泵管堵塞的清理、混凝土料斗和混凝土泵及泵管的清洗等，避免隧道內造成的污染，改變了洞內施工作業環境。

⑤采用“軌道運送+泵送抵近精確入模混凝土澆筑”工藝后，不需龍門吊輔助澆筑混凝土，節省了龍門吊走行軌道的裝拆費用；實現精確入模，節省了人工勻料和清理廢棄物的費用；集中在車站內潤管、清理堵管、清洗料斗及泵管等，節省洞內污染清理及向洞外運輸等費用，降低施工成本顯著。

地鐵區間分離式隧道內整體道床澆筑逆作式施工方法已獲得國家知識產權局發明專利受理（受理號：201710830135.4）。

3 結論

在分離式地鐵隧道區間狹小空間內采用逆作法進行整體道床澆筑的施工方法，利用“荒道”作為施工物流通道，以消除道床過早承受物流荷載導致道床開裂的風險，適當加大運載量，減少運輸次數，從而降低物流運輸成本；采用軌道運輸方法將混凝土送抵澆筑地點附近，縮短混凝土泵送距離，減少施工污染。因此，此種施工方法具有避免軌枕和道床損傷、縮短工期、提高工效、減少污染、降低成本的顯著效果，適用于地鐵區間狹小空間的軌道施工作業，亦可用于高速鐵路、城市輕軌等工程施工物流組織極度困難場合。

參考文獻：

[1]薛朝振.淺談城市地鐵軌道施工重點及應對措施[J].建筑工程技術與設計，2016（22）：1542.

[2]北京城建集團有限責任公司，上海地下鐵道總公司，北京市地下鐵道總公司，鐵道科學研究院.GB50299-1999（2003）地下鐵道工程施工及驗收規范[S].北京：中國計劃出版社，1999：177.

[3]榮祥磊.城市軌道施工技術要點研究[J].信息化建設，2016，06：232.

[4]臧熙瑋.城市地鐵軌道施工工藝解析[J].江西建材，2015，07：190-195.

[5]張萌.城市地鐵軌道施工工藝的研究[J].科技與企業，2013，16：203.

[6]劉道通，楊寶峰.地鐵軌道施工常見問題及解決方案[J].鐵道工程學報，2010，04：97-100.